Des preuves émergent d’un océan riche en carbone sur Europe – Physics World

Des preuves émergent d’un océan riche en carbone sur Europe – Physics World

Horodatage: 26 septembre 2023 5:27 AM

Image d'Europe, qui apparaît comme un objet rond et bleuâtre avec une tache blanche près du centre
Surface glacée : Europe, la lune de Jupiter, vue par NIRCam de JWST. Tara Regio est la zone blanche au centre. (Autorisation : NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Université Cornell).

Des planétologues américains ont retracé le carbone présent à la surface de la lune Europe de Jupiter jusqu'à l'océan glacé situé en dessous, révélant ainsi de nouvelles informations sur la nature et l'origine de l'océan. Cette découverte fait naître l'espoir des astrobiologistes que le carbone, qui existe sous forme de dioxyde de carbone, pourrait provenir de processus biologiques se déroulant sous la glace. Cependant, la recherche de panaches d'eau jaillissant de la surface d'Europe s'est révélée vaine, et les scientifiques impliqués dans les observations affirment que de meilleures mesures seront nécessaires pour distinguer les sources biologiques et géologiques de carbone.

Nous savons qu'il y a un océan sur Europe grâce à l'immense magnétosphère de Jupiter, qui induit un champ magnétique au sein de l'eau liquide salée. Les astrobiologistes spéculent depuis des années sur l'habitabilité de cet océan, mais il est difficile à étudier car il est enfoui sous la coquille de glace de la Lune, longue de 23 à 47 kilomètres d'épaisseur.

Le chaos du carbone

Au lieu de creuser dans la glace pour sonder directement l'océan, les dernières études ont utilisé la caméra infrarouge proche (NIRCam) et le spectromètre infrarouge proche (NIRSpec) du télescope spatial James Webb (JWST) pour rapprocher l'océan de nous. Parmi les caractéristiques de la surface d'Europe se trouvent des régions pleines de blocs de forme irrégulière entrecroisés par des crêtes décolorées. Connues sous le nom de terrains de chaos, ces régions ont été interprétées comme des sites où les matériaux de l'océan jaillissent et atteignent la surface, et c'est ici que les scientifiques de deux équipes distinctes ont recherché des preuves de la composition de l'océan.

Les données ont montré quatre fortes signatures spectrales de dioxyde de carbone dans Tara Regio, qui est une zone de terrain chaotique de 1,800 XNUMX kilomètres de large sur l'hémisphère principal d'Europe. Les scientifiques ont également identifié un signal de dioxyde de carbone plus faible dans une autre zone de chaos appelée Powys Regio.

Les signatures du dioxyde de carbone aux longueurs d'onde spectrales de 4.25 et 4.27 microns ont attiré une attention particulière. Alors que cette dernière est l’émission infrarouge attendue de glace de dioxyde de carbone pur, la première suggère un mélange de dioxyde de carbone et d’autres molécules.

Une des équipes, dirigé par Géronimo Villanueva du Goddard Space Flight Center de la NASA, a identifié ce mélange comme de la glace d'eau mélangée à du dioxyde de carbone et du méthanol. Curieusement, des expériences en laboratoire suggèrent que la signature de 4.25 microns pourrait provenir de sels ramenés à la surface depuis l'océan et irradiés. Le mélange dioxyde de carbone-eau-glace-méthanol forme alors une fine pellicule autour des cristaux de sel ou est piégé à l’intérieur de ceux-ci.

Une origine primordiale

Le rapport entre les isotopes du carbone 12 et du carbone 13 sur Europe présente également un grand intérêt. L'équipe de Villanueva a mesuré ce rapport à 83 (+/–19), le plaçant fermement dans les limites des rapports mesurés sur les lunes de Saturne, l'astéroïde géocroiseur Ryugu visité par la mission japonaise Hayabusa-2 et la Terre, qui possède un carbone-12. rapport carbone-13 de 89 pour le carbone inorganique (c'est-à-dire le carbone non lié à l'hydrogène). Ce point commun suggère que, contrairement à l’eau, présente dans différents rapports isotopiques sur différents corps, le carbone intégré dans les mondes et les lunes de notre système solaire provient de la même source.

"Les valeurs isotopiques, dans la limite de la précision que nous avons atteinte, sont en effet cohérentes avec celles d'autres lunes ainsi que de certains matériaux primordiaux", explique Villanueva. Monde de la physique.

Ainsi, les mesures du carbone d'Europe fournissent davantage d'informations sur la composition et la répartition des matériaux dans le disque protostellaire qui a formé le système solaire il y a environ 4.5 milliards d'années.

Un océan oxydé

La deuxième équipe, Consistant en Samantha Trumbo de l'Université Cornell et Michael Brown du California Institute of Technology, axé sur les origines du carbone d'Europe. Étant donné que le JWST n'a détecté aucune molécule organique complexe à la surface d'Europe, Trumbo et Brown affirment que cela élimine toute possibilité que le dioxyde de carbone se forme par photodissociation de ces matières organiques lorsque l'environnement de rayonnement autour de Jupiter les brise. Au lieu de cela, les observations indiquent que le carbone était déjà sous forme de dioxyde de carbone lorsqu'il a atteint la surface, ce qui suggère que ce dioxyde de carbone doit donc être dissous dans l'océan.

Sur cette base, Trumbo et Brown ont tiré quelques conclusions générales sur l'état de l'océan européen. Ils suggèrent que l’océan est fortement oxydé, ce qui est cohérent avec les modèles décrivant le mouvement descendant à travers la glace d’oxydants tels que l’oxygène moléculaire et le peroxyde d’hydrogène qui se sont formés à la surface dans l’environnement de rayonnement. Cependant, même l’œil puissant du NIRSpec n’a pas pu déterminer si le dioxyde de carbone provenait d’organismes vivants. "Davantage de mesures et de précisions plus élevées seront nécessaires pour mieux établir les processus de formation et d'évolution du carbone observé sur Europe", convient Villanueva.

Une autre chose qui nécessitera davantage de mesures concerne les panaches d'eau pulvérisés au-dessus de la surface d'Europe. Bien que le télescope spatial Hubble ait détecté de tels panaches à trois reprises au cours des 10 dernières années, le JWST n'en a vu aucun lors de ses observations en novembre 2022. Bien que cela ne signifie pas que les panaches ne sont pas réels, cela fixe une limite supérieure à 300 kilogrammes. par seconde sur le débit moyen de matière rejetée. Cela signifie également que les panaches, s'ils existent, doivent être intermittents.

De plus amples informations devraient arriver au cours de la prochaine décennie, grâce aux informations fournies par l'Agence spatiale européenne. Explorateur des lunes glacées de Jupiter (JUICE) devrait effectuer deux survols d'Europe une fois arrivé dans le système jovien en 2031. Tondeuse Europe La mission devrait également mettre le cap sur Jupiter en 2024, avec une date d'arrivée prévue en 2030. Les observations du JWST joueront un rôle essentiel pour déterminer où et quoi les deux missions devraient étudier à la surface d'Europe.

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